La diffrattometria a raggi X (XRD, X-ray diffraction) è una tecnica di analisi dei solidi cristallini che misura l’intensità diffratta in funzione dell’angolo. I picchi del diffrattogramma compaiono quando i piani cristallini soddisfano la legge di Bragg:
Il risultato sperimentale è tipicamente un grafico intensità contro 2\theta. Le posizioni dei picchi informano sulle distanze tra piani cristallografici; le intensità e le larghezze forniscono informazioni su struttura, fasi, cristallinità, dimensione dei cristalliti e difetti.
Che cosa misura
| Grandezza osservata | Informazione ricavabile |
|---|---|
| Posizione dei picchi | distanze interplanari e parametro reticolare |
| Intensità relative | struttura cristallina, occupazioni atomiche, orientazione preferenziale |
| Larghezza dei picchi | dimensione dei cristalliti, microdeformazioni, risoluzione strumentale |
| Presenza o assenza di picchi | fasi cristalline, amorfismo, grado di cristallinità |
Procedura di lettura
Un uso elementare della XRD segue questa catena:
Per un cristallo cubico, dopo aver ricavato d dalla legge di Bragg, si usa:
Se i valori di a ottenuti da più picchi sono coerenti, l’assegnazione degli indici di Miller è plausibile.
Applicazioni
La diffrattometria a raggi X è usata per identificare fasi cristalline, controllare purezza e polimorfismo, stimare parametri reticolari, seguire trasformazioni di fase, studiare materiali ceramici, metalli, semiconduttori, minerali, catalizzatori e farmaci solidi.
Nei materiali policristallini in polvere, l’orientazione casuale dei microcristalli consente di osservare molte famiglie di piani nello stesso esperimento. Nei film sottili o nei campioni testurizzati l’orientazione preferenziale può modificare fortemente le intensità.
Limiti
La XRD è molto potente per materiali cristallini, ma meno informativa per campioni amorfi o con cristalliti molto piccoli. Inoltre un diffrattogramma non si interpreta solo con la posizione dei picchi: intensità, fondo, allargamento, calibrazione strumentale e sovrapposizione tra fasi possono cambiare la lettura.
Errori comuni
- Confondere il diffrattogramma sperimentale con la sola legge di Bragg: Bragg spiega le posizioni, non tutta l’intensità.
- Usare 2\theta direttamente nella formula invece di dimezzarlo.
- Assegnare una fase guardando un solo picco: molte fasi possono avere picchi vicini o sovrapposti.
- Trascurare l’allargamento strumentale quando si stimano dimensioni di cristalliti.
Vedi anche: Legge di Bragg, Piani cristallografici, Indici di Miller, Reticolo cristallino, Diffrazione, Cristallochimica.